Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.3b: Методи низького рН

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    31831

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    5.3b Методи низького рН

    Механізмом обробки з низьким рН є гідроліз геміцелюлози. Гідроліз - це реакція з водою, де в воду додають кислоту для прискорення часу реакції. Можна використовувати кілька кислот, включаючи розбавлену сірчану кислоту (H 2 SO 4), газоподібний діоксид сірки (SO 2), соляну кислоту (HCl), фосфорну кислоту (H 3 PO 4) та щавлеву кислоту (C 2 H 2 O 4). Оскільки це реакція, ключові параметри, що впливають на неї, включають температуру, час, концентрацію кислоти та вміст вологи в біомасі. Можуть відбуватися такі реакції: геміцелюлоза може солюбілізуватися, відокремлюватися лігнін, видаляються ацетильні групи, і поверхня біомаси стає більш доступною. Як приклад (рис. 5.16) зв'язок α-1,4 розривається водою і кислотою з отриманням двох одиниць глюкози. Фермент, амілаза, також може сприяти реакції. Додавання кислоти і підвищена температура збільшує швидкість реакції.

    Реакція гідролізу, що створює дві молекули глюкози, з дисахарида. див підпис і навколишній текст
    Кредит: Модуль B1 BEEMS

    Кислота не тільки використовується для полегшення гідролізу, але каталізована кислотою дегідратація цукрів може утворювати фурани, які можуть розщеплюватися на органічні кислоти, такі як мурашина кислота та левулінова кислота. Ці сполуки можуть бути токсичними для ферментів, які використовуються при цукровому бродінні. Так після реакції залишкова кислота повинна бути нейтралізована, а інгібітори, що утворюються або виділяються при попередній обробці, повинні бути зменшені. Два методи полягає у використанні оксиду кальцію (також відомого як надмірне вапнування) або гідроксиду амонію.

    Оксид кальцію дешевий, утворює гіпс під час процесу і має втрату цукру ~ 10%, з необхідністю видалення та утилізації побічних продуктів. Реакція показана нижче в Реакція 1

    Реакція 1: СаО+ Н 2 СО 4 →Н 2 О + КаСО 4

    Перевага використання гідроксиду амонію полягає в тому, що втрачається менше цукру і утворюється менше відходів, але вартість вища. Реакція показана нижче в Реакція 2.

    Реакція 2:2NH 4 OH+ H 2 SO 4 →2H 2 O + (NH 4) 2 SO 4

    На малюнку 5.17a і 5.17b показані технологічні діаграми типових конфігурацій і умов реакції для сірчаної кислоти і SO 2.

    Схема процесу попередньої обробки сірчаної кислоти, див. Текстовий опис нижче
    Малюнок 5.17a: Схема процесу попередньої обробки сірчаної кислоти. *

    Клацніть тут для тексту, альтернативного малюнку 5.17a

    Схема процесу попередньої обробки сірчаної кислоти. Біомаса додається до розведеної сірчаної кислоти, яка називається кислотною просоченням (0,5 - 5,0% H2SO4), вона потім йде на попередню обробку розбавленої кислоти навколо (140-200 С). Ця попередня обробка може зайняти від декількох секунд до годин. Потім він стає суспензією, яка переходить в нейтралізацію кондиціонування. Тверді речовини йдуть на ферментативний гідроліз, де гексози цукру і твердий залишок (лігнін) відокремлюються. Рідини з умови нейтралізації переходять в кислотний постгідроліз. Суспензія також може перейти на розділення твердих/рідких речовин. Тверді продукти цього поділу йдуть в стан нейтралізації, а рідини йдуть на кислотний постгідроліз. Кислотний постгідроліз дає пентозні цукру.

    Кредит: Модуль B1 BEEMS

    Схема процесу попередньої обробки діоксиду сірки
    Малюнок 5.17b: Схема процесу попередньої обробки діоксиду сірки. *

    Клацніть тут для тексту, альтернативного малюнку 5.17b

    Схема процесу попередньої обробки діоксидом сірки. Біомаса з водою піддається зволоження біомаси (50% -70% М.С.), а потім проходить просочення SO2 (1-5%) і, нарешті, вибух пари (180-210 С). Ця попередня обробка може зайняти від декількох секунд до хвилин. Потім він стає суспензією, яка переходить в нейтралізацію кондиціонування. Тверді речовини йдуть на ферментативний гідроліз, де гексози цукру і твердий залишок відокремлюються. Рідини з нейтралізації кондиціонування переходять до кислотного постгідролізу. Суспензія також може перейти на розділення твердих/рідких речовин. Тверді продукти цього поділу йдуть на нейтралізацію кондиціонування, а рідини йдуть на кислотний постгідроліз. Кислотний постгідроліз дає пентозні цукру.

    Кредит: Модуль B1 BEEMS